【据nanotechweb网站2017年10月9日报道】美国、欧洲和日本的科学家通过使用扫描电子隧道显微镜（STM）的电场，在石墨烯中合成了纳米尺度的圆形p-n结。通过控制探针尖端和基底之间的电压，研究人员改变了接合部位的大小，形成了深且窄的电子陷阱或宽的光波导。这项实验的成功攻克了石墨烯独特电子结构的主要难题之一，可用于生产出一体化的前所未有的多功能光电子器件。

p-n结可在两种材料之间的界面处形成，也可在相同材料的不同掺杂区域之间形成。正p掺杂侧有过量的电子空穴，而负的n掺杂侧则有过量的电子。独立的接头两侧是良好的导体，但是当组合时，电流需要外部偏压。通过反转该偏压，可以使电子停止移动。这就是是构建数字逻辑命令的二进制“开/关”状态的原理。

使用石墨烯这种电子结构的基本困难之一是材料中电子的线性（狄拉克式）能量分散。因为现行能量分散意味着电子可以穿过无限高度的势垒，使得“关闭”状态很难实现。目前，美国罗格斯大学的伊娃•安德烈以及美国、比利时和日本的同行已经找到了控制这些电子的方法。

Andrei和她的团队使用STM附近的尖端电场合成了纳米圆形p-n结。正极偏压尖端将负电荷直接吸引到下面的石墨烯中圆形区域中。p-n结在这片n掺杂区域与其周围的p掺杂石墨烯界面之间形成。

通过改变施加到尖端或基底的电压，可以轻易地调整每个区域的掺杂级别。结的大小在一定程度上可以通过掺杂控制，但是产生最小横向范围的结点需要原子级的STM尖端。研究人员为了完成这一操作，将探头尖重复地压入金中，然后缓慢缩回。每次反复使得金原子被拖出到尖端的顶点，最终在末端形成窄金纳米棒。

Andrei团队还发现，当圆形节非常小时，它们可作为捕获石墨烯狄拉克电子深而窄的势阱。当较低的电压施加到下面的硅时，势阱变得更宽，并且不能再俘获电子。相反，它成为可用作光导的一组电子模式宿主。

这些在反射平面附近创建的结（金触点）可以增强其光导能力。连接处的电子模式就像池塘中的波纹一样向外移动，并从接触点反射。它们形成了一个广阔的比单独的p-n结更大的区域驻波模式。

Andrei及其团队合成的p-n结提供了一种将电子限制在石墨烯中的机制，并且通过简单的调节可以充当光学导向器，从而建立了电子和光学之间的桥梁。由于p-n结形成动力学已经被阐述，更复杂的结构可以通过在带有栅的石墨烯样品上沉积纳米线或纳米点阵列来生成，从而避免使用高复杂性和高成本的STM探针技术。这项技术具有独特而有趣的应用前景。

文章来自kunststoffe，原文题目为 Asahi Kasei Opens R&D Center in Germany，由材料科技在线汇总整理。